一種改良骨水泥推注器在骨質(zhì)疏松椎體釘?shù)缽?qiáng)化中的實(shí)驗(yàn)研究

馬航展，陳建蓮，梁棟柱，陳永強(qiáng)，黃杰峰，李偉寬

隨著我國(guó)進(jìn)入老齡化社會(huì)，退變性脊柱疾病發(fā)生率逐年上升。經(jīng)后路減壓椎弓根螺釘內(nèi)固定是治療退變性脊柱疾病常用的手術(shù)方式之一[1-3]，但由于老年患者常伴有骨質(zhì)疏松，術(shù)后椎弓根螺釘不穩(wěn)、松動(dòng)甚至拔出風(fēng)險(xiǎn)較高，嚴(yán)重者可影響手術(shù)效果[4-5]。如何提高椎弓根螺釘在骨質(zhì)疏松性椎體上的穩(wěn)定性，是脊柱外科領(lǐng)域面臨的一大挑戰(zhàn)。本研究對(duì)普通骨水泥推注器進(jìn)行改良，增加骨水泥通過(guò)側(cè)孔，并在骨質(zhì)疏松椎體標(biāo)本中進(jìn)行生物力學(xué)測(cè)試，目的在于評(píng)估該改良裝置在骨質(zhì)疏松椎體釘?shù)缽?qiáng)化中的應(yīng)用價(jià)值。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)標(biāo)本及分組

選取2具新鮮老年尸體脊柱標(biāo)本中的10個(gè)腰椎節(jié)段（L1～L5），標(biāo)本由南方醫(yī)科大學(xué)解剖學(xué)教研室提供。所有標(biāo)本經(jīng)LunarProdigy雙能X線骨密度儀（GE公司，美國(guó)）測(cè)量骨密度，均符合骨質(zhì)疏松癥診斷標(biāo)準(zhǔn)（T＜-2.5），同時(shí)排除先天性畸形、骨折及腫瘤等病變。

切除標(biāo)本附著肌肉、骨膜、椎間盤及韌帶組織等，制作成游離單個(gè)腰椎標(biāo)本，-20℃條件下儲(chǔ)存?zhèn)溆谩y(cè)試前12 h取出，室溫下解凍至常溫狀態(tài)。采用隨機(jī)數(shù)表法隨機(jī)將標(biāo)本分為普通推注器組和改良推注器組，每組5個(gè)椎體，各置入10枚椎弓根螺釘。尸體標(biāo)本的使用經(jīng)患者家屬同意，符合醫(yī)學(xué)倫理學(xué)原則。

1.2 主要實(shí)驗(yàn)材料和儀器

椎弓根螺釘（無(wú)錫聞泰百得醫(yī)療器械有限公司）由鈦合金制成，規(guī)格為6.5 mm×45.0 mm；椎體成形器械（山東冠龍醫(yī)療用品有限公司）；骨水泥購(gòu)自意大利Tecres S.P.A公司；改良骨水泥推桿由廣州謹(jǐn)彗醫(yī)療科技有限公司加工制作（圖1）；Electro Force生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)購(gòu)自美國(guó)BOSE公司。

1.3 椎弓根螺釘置釘及骨水泥強(qiáng)化操作

開好釘?shù)溃阶犹綔y(cè)確定椎弓根內(nèi)壁及椎體前緣完整，以直徑6.0 mm絲錐進(jìn)行絲攻；兩組分別采用普通推注器及改良推注器推注骨水泥，每一釘?shù)缽?qiáng)化采用的骨水泥量均為1 mL；采用標(biāo)準(zhǔn)置釘法，即以上關(guān)節(jié)突外緣與橫突交界處中點(diǎn)為進(jìn)針點(diǎn)，將椎弓根螺釘沿制備釘?shù)谰徛龜Q入椎體標(biāo)本中。

1.4 觀察指標(biāo)

圖1 改良骨水泥推注器 1A推注器設(shè)計(jì)圖 1B推注早期骨水泥開始從側(cè)孔、末端孔擠出 1C推注后期骨水泥從側(cè)孔、末端孔擠出

骨水泥強(qiáng)化后拍攝X線軸位及側(cè)位片，觀察骨水泥分布情況。標(biāo)本室溫靜置24 h，固定于生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)上（圖2A），沿椎弓根螺釘長(zhǎng)軸方向以5 mm/min加載速度進(jìn)行拔出實(shí)驗(yàn)，當(dāng)出現(xiàn)螺釘被拔出、骨質(zhì)破壞后停止（圖2B）。將拔出力-位移曲線到達(dá)最高點(diǎn)后隨即明顯下降視為螺釘被拔出，此頂點(diǎn)的負(fù)荷值為最大軸向拔出力（maximum axial pullout strength，F(xiàn)max），位移值即為發(fā)生Fmax時(shí)的線性位移（linear displacements，LD）。采用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄實(shí)驗(yàn)機(jī)載荷信號(hào)，運(yùn)用Win Test軟件計(jì)算Fmax和LD。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（x-±s）表示，兩組比較采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料以例或率表示，比較采用卡方檢驗(yàn)。P＜0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 影像學(xué)觀察

兩組釘?shù)纼?nèi)均有不同程度的骨水泥強(qiáng)化分布，無(wú)一例出現(xiàn)骨水泥滲漏。普通推注器組骨水泥主要分布于椎體前部，而在改良推注器組，骨水泥則主要分布于椎體前部、中后部及部分椎弓根（圖3）。

圖2 螺釘生物力學(xué)測(cè)試示意圖 2A測(cè)試初始狀態(tài) 2B施加拔出應(yīng)力至螺釘拔出

2.2 Fmax和LD

改良推注器組椎弓根螺釘Fmax和LD分別為（863.80±32.28）N和（3.87±0.38）mm，大于普通推注器組的（695.90±27.51）N和（3.16±0.24）mm，兩組比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=3.960，P=0.001；t=2.972，P=0.008）。

3 討論

3.1 骨水泥強(qiáng)化技術(shù)在椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)中的應(yīng)用

近年來(lái)椎弓根螺釘內(nèi)固定技術(shù)在腰椎退行性疾病的治療中應(yīng)用廣泛，但對(duì)于伴有骨質(zhì)疏松的老年患者，因螺釘把持力下降，術(shù)后可能出現(xiàn)螺釘不穩(wěn)、松動(dòng)等問(wèn)題。術(shù)中釘?shù)缽?qiáng)化被認(rèn)為是目前預(yù)防螺釘松動(dòng)較為有效的措施[6-7]。生物力學(xué)研究表明，在重度骨質(zhì)疏松椎體中，強(qiáng)化后椎體的平均抗拔出力較未強(qiáng)化椎體增加3倍，隨訪結(jié)果亦顯示其遠(yuǎn)期穩(wěn)定性有所增強(qiáng)[8]。

臨床應(yīng)用較多的強(qiáng)化技術(shù)有普通椎弓根螺釘或空心骨水泥螺釘復(fù)合骨水泥強(qiáng)化?？招墓撬嗦葆攦r(jià)格較為昂貴，基層醫(yī)院開展較少，普通椎弓根螺釘固定應(yīng)用更為廣泛。該技術(shù)以骨水泥材料填充釘?shù)?，然后再擰入螺釘，在這一過(guò)程中骨水泥被擠入周圍的松質(zhì)骨間隙，與骨組織形成混合物，提高了釘?shù)乐車敲芏纫约奥葆斉c周圍組織之間的黏附力，進(jìn)而達(dá)到釘?shù)缽?qiáng)化、螺釘固定效果[9]。但該術(shù)式也有一定弊端，普通骨水泥專用推桿只有末端出孔，導(dǎo)致骨水泥多分布于椎體前中部，椎體后部及椎弓根部分釘?shù)牢茨艿玫綇?qiáng)化，盡管術(shù)中可通過(guò)調(diào)整推注器深度充分填充骨水泥，但如果深度控制不佳，易出現(xiàn)骨水泥滲漏。因此，尋求一種操作簡(jiǎn)便、安全實(shí)用、針對(duì)骨質(zhì)疏松椎體的椎弓根螺釘固定方法，具有重要的臨床意義。

圖3 兩組標(biāo)本置入螺釘后正側(cè)位X線片 3A改良推注器組 3B普通推注器組

3.2 改良骨水泥推注器對(duì)骨水泥分布和螺釘穩(wěn)定性的影響

在椎體內(nèi)部，椎弓根、骨小梁和皮質(zhì)骨的骨密度分別是椎體的6、2、8倍；椎體后部骨密度較前部要大[10-12]。Hirano等[13]研究發(fā)現(xiàn)，椎弓根螺釘軸向拔出力與骨密度關(guān)系密切，隨著骨密度的下降，螺釘抗拔出力及周期抗屈性能均下降；而椎弓根螺釘3/5以上的抗拔出力是由椎弓根部位提供的，可見，椎弓根部及椎體后部的強(qiáng)化對(duì)于螺釘在骨質(zhì)疏松椎體內(nèi)的穩(wěn)定性至關(guān)重要。

本研究在普通骨水泥專用推注器的基礎(chǔ)上進(jìn)行改良，于外鞘管末段增設(shè)3個(gè)直徑為2 mm、呈螺旋狀分布的側(cè)孔，目的就在于術(shù)中向釘?shù)纼?nèi)推注時(shí)，骨水泥可沿側(cè)孔進(jìn)入釘?shù)?，?duì)椎體后部及椎弓根部分釘?shù)榔鸬綇?qiáng)化作用。影像學(xué)觀察結(jié)果顯示，普通推注器組骨水泥主要分布于椎體前部，而改良推注器組骨水泥主要分布于椎體前部、中后部及部分椎弓根。由于釘?shù)赖拇蟛糠謪^(qū)域都得到較好強(qiáng)化，椎弓根螺釘Fmax較普通推注器組明顯增強(qiáng)；當(dāng)拔出力到達(dá)峰值時(shí)，骨質(zhì)破壞，螺釘開始松動(dòng)，改良推注器組LD更大，螺釘在骨質(zhì)疏松椎體內(nèi)的穩(wěn)定性更好。

3.3 骨水泥滲漏并發(fā)癥

目前椎弓根釘?shù)缽?qiáng)化技術(shù)主要采用聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥，具有操作簡(jiǎn)單、性質(zhì)穩(wěn)定、固化強(qiáng)度高等特點(diǎn)[14]，在維持脊柱高度、防止螺釘脫出、提高遠(yuǎn)期穩(wěn)定性等方面優(yōu)勢(shì)也較為突出。但臨床上并發(fā)癥報(bào)道較多，如骨水泥滲漏、溫度過(guò)高致血管神經(jīng)損傷、肺栓塞等[14-16]。

骨水泥滲漏常見于節(jié)段靜脈，或因釘?shù)罍?zhǔn)備時(shí)穿破椎體前方骨皮質(zhì)而引起，但多數(shù)無(wú)臨床癥狀[17-18]。隆海濱等[19]對(duì)骨水泥強(qiáng)化椎弓根螺釘固定進(jìn)行生物力學(xué)研究，結(jié)果表明，骨水泥用量為1 mL時(shí)，即可達(dá)到滿意的內(nèi)固定強(qiáng)化效果；伴隨著骨水泥用量的逐漸增加，螺釘把持力隨之提升，但劑量超過(guò)3 mL時(shí)，螺釘把持力的增長(zhǎng)逐漸趨向于一個(gè)固定值，而骨水泥滲漏幾率仍會(huì)持續(xù)增加。因此，本研究選取的骨水泥用量為較為安全的1 mL。此外，因改良推注器側(cè)孔已基本覆蓋椎體前、中、后部及部分椎弓根，故與普通骨水泥推注器組相比，實(shí)施釘?shù)缽?qiáng)化時(shí)可降低因需要調(diào)整推注器深度而導(dǎo)致骨水泥滲漏的風(fēng)險(xiǎn)。

需要強(qiáng)調(diào)的是，改良推注器推注的骨水泥一部分分布于椎弓根部，一旦發(fā)生椎弓根滲漏，可能會(huì)導(dǎo)致椎管內(nèi)神經(jīng)損傷等并發(fā)癥。故在具體操作時(shí)對(duì)椎弓根螺釘釘?shù)篱_路準(zhǔn)備要求較高，應(yīng)避免椎弓根內(nèi)壁被穿破。本研究中所有釘?shù)谰鶡o(wú)骨水泥滲漏，考慮與標(biāo)本在直視下操作及置釘數(shù)量有限有關(guān)。臨床實(shí)踐中術(shù)者可借助C型臂X線機(jī)透視，判斷骨水泥是否發(fā)生滲漏，同時(shí)通過(guò)觀察X線側(cè)位片椎弓根部皮質(zhì)骨是否清晰完整可見，或椎弓根影處骨水泥是否呈現(xiàn)錐狀和樹枝狀分布等協(xié)助判斷。若X線透視不能明確或高度懷疑椎管內(nèi)滲漏時(shí)，建議切開椎板，直視下探查。